中心議題：

• 晶體管的熱阻測試技術原理
• 晶體管的熱阻測試系統設計

解決方案：

• 晶體管熱阻測試系統構架及ΔVbe測試
• 熱阻測試系統的軟件實現

1.引言 

熱阻可以反映芯片、焊接層和管殼的燒結或粘結等質量問題，熱阻特性對晶體管的可靠性有著至關重要的影響。利用晶體管ΔVbe參數與熱阻在一定條件下滿足某種數學關系式，通過測量晶體管ΔVbe參數間接地測試熱阻參數，具有測量效率高、成本低、對器件無損傷等優點，但是晶體管熱特性具有復雜、敏感及不穩定的特點。要達到實用需要的測量精度有較大的難度，目前，國外已研制出原理性的熱阻測試系統。國內市場迫切需要性價比較高的晶體管測試篩選設備。

本系統能對功率雙極型晶體管 (NPN 和 PNP 型) 測量瞬態熱阻和穩態熱阻，還能測試二極管和發光管熱阻。通過加載測試條件到測試系統，根據晶體管的熱阻特性反映的溫度變化，在計算機屏幕上顯示測量數據，并根據測試結果進行快速篩選。系統具有接觸檢測和震蕩探測功能，以防止接觸不良和震蕩造成的溫度測量錯誤，系統還具有防雪崩的自我保護電路，可用作測量安全工作區SOA (safe operating area)，以提高了測試系統的穩定性。

2.熱阻測試技術

晶體管的熱阻一般由芯片熱阻、芯片管座接觸熱阻和管殼熱阻組成。生產中與芯片燒結有關的芯片管座接觸熱阻最難以控制，燒結不好，會使管座芯片熱阻大大增加，使用中會由于結溫過高而導致器件失效。

晶體管在脈沖工作狀態下的熱阻為結溫升值與耗散脈沖功率幅值之比。對功率晶體管通常以殼溫作為溫度參考點，其表達式為：θjc=(Tj-Tc)/P，其中Tj為芯片結溫，Tc為殼溫，P為脈沖功率。熱阻測量歸結為對脈沖功耗P、Tc殼溫及結溫Tj的測量，顯然晶體管的結溫Tj無法進行直接測量。為此，利用發射結的正向壓降Vbe與結溫Tj在一定的范圍內有很好的線性關系：ΔVbe =M·ΔTj，其中M為溫敏參數，這一關系被用作測量晶體管器件熱阻的物理基礎，而測量ΔVbe需要設定以下幾個主要參數，它們分別是Vcb（C，B極間電壓）；Ie（加載電流）；Im (感應電流)；Pt（功率時間）；Dt（延遲時間）；upper limit(上限)；lower limit(下限)。由于各個生產廠家在工藝上的一些差別，有時雖為同一型號的管子，但屬于不同廠家的產品，施加的脈沖功率、測試時間及選擇的溫敏參數都有所不同。

3.測試系統構架

熱阻測試系統的基本構架是計算機通過軟件控制精密模擬和數字電路，實現對被測器件的條件施加→結果采樣→篩選→計算→比較→判別等一系列程序控制，完成對被測器件電參數的自動測試，每次測試的全過程小于0.2秒。系統主要有模擬多路板、數字多路板、ADC板、Im 板、Ie板和Vcb板組成，如圖1所示。 

圖1 熱阻測試系統的基本構架[page]

4.Δvbe測試流程圖

ΔVbe是晶體管的一個重要參數，它與晶體管的熱阻有一個定量的線性關系，它反映了晶體管的功耗能力，對晶體管的封裝工藝及失效分析有著重要的指導意義，對ΔVbe測試流程如下圖2所示。

 
圖2  ΔVbe測試流程

5.軟件功能實現模塊

系統軟件設計則是使用visual C++語言和匯編語言二者相結合完成的，軟件功能實現模塊有：

1、戶管理模塊，程序運行時需要確定用戶的身份，用戶類型有操作員、維護員、工程師、系統管理員。操作員權限是運行測試程序；維護員權限是測試儀器的自檢和校準；工程師權限是編輯測試程序；系統管理員具有全部權限。

2、編輯模塊，用于器件選擇、分類設置、調試、建立測試程序，初始測試程序的界面如圖3所示： 

圖3  初始測試程序界面

3、運行模塊，根據用戶的參數設置，對器件進行測試，并將測試結果和數據顯示在計算機屏幕上。

4、其它模塊，有系統工具、篩選模塊、打印模塊等。系統工具，具有自檢校準儀器，用于對熱阻測試系統的自檢、校準、磁場測試；篩選模塊，可根據用戶設置的篩選條件，對器件進行不同測試，將測試結果發送到篩選機；打印模塊，可根據預先設置，將測試結果和數據以相應格式打印，供分析和存檔。